新型3-CPS／RPPS机构的有限元建模及模态分析

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江苏徐州２２１００８）
摘
要：对新型３－ＣＰＳ／ＲＰＰＳ型六自由度机构进行有限元建模和模态分析，系统介绍了采用有限元法进行多自由度机构
建模和进行模态分析的过程。介绍了新型３－ＣＰＳ／ＲＰＰＳ机构的机构原理；探讨了采用有限元法进行多自由度机构相关机构分析的可行性；详细介绍了采用基于静凝聚理论的自由度释放法建立多自由度机构铰链的过程，并修改开源有限元程序ＣＡＬＦＥＭ的３维梁单元实现了铰链的功能；基于ＭＡＴＬＡＢ和ＣＡＬＦＥＭ，对３－ＣＰＳ／ＲＰＰＳ机构进行简化，建立了基于三维梁单元的有限元模型，进行了模态分析，给出了最低８阶固有频率和前４阶振型。最后探讨了有限元法在多自由度机
（１．中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所，江苏南京
刚
２１００４２；２．中国科学院天文光学技术重点实验室，江苏南京
２１００４２；３．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＩｎｄｕｓｔｉｒａｌＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＢｕｓｉｎｅｓｓｏｆＣａｎｔｏｎＶａｕｄ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉｅｎｃｅｓｏｆ
（１．ＮａｔｉｏｎａｌＡｓｔｒｏｎｏｍｉｃａｌＯｂｓｅｒｖａｔｏｒｉｅｓ／ＮａｎｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｓｔｒｏｎｏｍｉｃａｌＯｐｔｉｃｓ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆ
Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，ＪｉａｎｇｓｕＮａｍｉｎｇ２１００４２。Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｓｔｒｏｎｏｍｉｃａｌＯｐｔｉｃｓ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮａｍｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆ
ＷｅｓｔｅｒｎＳｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ，ＣＨ－１４０１Ｙｖｅｒｄｏｎ－ｌｅｓ－Ｂａｉｎｓ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ；４．中国科学院研究生院，北京１０００４９；５．中国矿业大学机电工程学院，
第１０期２０１３年１０月
机械设计与制造
ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ９３
新型３－ＣＰＳ／ＲＰＰＳ机构的有限元建模及模态分析
杨德华，一，ＬｏｒｅｎｚｏＺａｇｏ，李徽，，程
Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇａｎｄＢｕｓｉｎｅｓｓｏｆＣａｎｔｏｎＶａｕｄ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉｅｎｃｅｓｏｆＷｅｓｔｅｒｎＳｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ，
构或并联机器人机构分析领域的应用前景。
关键词：有限元法；有限元建模；模态分析；多自由度机构；并联机器人；机构分析中图分类号：ＴＨＩ６文献标识码：Ａ文章编号：１００１ — ３９９７（２０１３）１０ — ００９３ — ４０
ＣＨ－１４０１Ｙｖｅｒｄｏｎ－ｌｅｓ－Ｂａｉｎｓ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ；４．ＧｒａｄｕａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９，Ｃｈｉｎａ；
ＡｓｔｒｏｎｏｍｉｃａｌＯｐｔｉｃｓ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｙ，ｇＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＪｉａｎｇｓｕＮａｎｊｉｎｇ２１００４２，Ｃｈｉｎａ；３．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＩｎｄｕｓｔｉｒｍｅｎｔＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＭｏｄａＩＡｎａｌｙｓｉｓｏｆａＮｏｖｅＩ３一ＣＰＳ／ＲＰＰＳＭｅｃｈａｎｉｓｍ
ＹＡＮＧＤｅ — ｈｕａ．一，ＬｏｒｅｎｚｏＺａｇｏ ’ ，ＬＩＨｕｉ，。 ” ，ＣＨＥＮＧＧａｎｇ